balance de lineas
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Balance de Líneas deProducción
PS 4161 Gestión de la Producción I
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Contenido
Equilibrado de la línea de producción
Línea de fabricación
Línea de ensamblaje
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Objetivos de aprendizaje
Cuando haya completado este capítulo, debe
ser capaz de:
Describir o explicar:
Cómo equilibrar el flujo de producción en
una instalación repetitiva u orientada alproducto
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Balance de líneas de producción
El problema de balance de líneas de
producción consiste en distribuir físicamentelas tareas o procesos individuales entreestaciones o celdas de trabajo, con el
objetivo (idealmente) de que cada estaciónde trabajo nunca esté ociosa.
Se genera en organizaciones orientadas alproducto.
Dispuesta para fabricar un producto específico.
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Problema de balance de líneas deproducción
Asignar tareas individuales a estaciones detrabajo tal que se optimice una cierta medida dedesempeño definida para tal fin.
Existe un balance perfecto en una línea de
producción, cuando todas sus estaciones detrabajo tienen la misma cantidad de labor y elproducto fluye sin retrasos.
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Objetivos
Su objetivo es minimizar el desbalance en
la línea de fabricación o ensamblaje:
Balancear la salida de cada estación detrabajo
Reducir los desequilibrios entre máquinas opersonal, al tiempo que se obtiene la
producción deseada de la línea.
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Objetivos
Crear un flujo suave y continuo sobre la líneade producción.
Mínimo de tiempo ocioso entre cada estación.
Maximizar la eficacia.
Minimizar el número de las estaciones detrabajo.
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Ejemplo de balance de líneas
Una industria desea estructurar una línea deensamblaje para producir un determinado producto,requeriendo para ello, la realización de 10 tareas.
Tarea Tiempo (segs) Tarea Predecesora1 40 2,3
2 30 4,5
3 50 6,74 36 8
5 20 8
6 25 97 19 9
8 10 10
9 14 1010 30 -
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Ejemplo
Tareas y su precedencia
Tareas u Operaciones
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Ejemplo
Distribución posible Estacionesde Trabajo
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Ejemplo
Distribución posible
120 segs.
88 segs.
66 segs.
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Ejemplo
Las estaciones de trabajoTrabajan en paraleloAl mismo tiempo se efectúan tareas en
cada estación de trabajo
La idea es que las estaciones detrabajo se pasen el producto en
proceso “in step” todas a la vezen el mismo momento
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Ejemplo
WS1 le pasa a WS2
WS2 le pasa a WS3WS3 le pasa a la próxima etapa en el proceso
WS1 WS2 WS3120 segs. 88 segs.66 segs.
Ninguna estación de trabajo puede pasar elproducto hasta que la siguiente halla terminado
su proceso (esté libre) (estrategia just-in time)
Ej l
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Ejemplo
En la solución planteada, la línea deensamblaje termina un producto cada
120 segs.
El sistema progresa a la velocidad de laestación de trabajo más lenta.
Ej l
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Ejemplo
Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin detener al menos un producto cada 60 segs.
40 segs.
50 segs.
55 segs.55 segs.
44 segs.
30 segs.
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Problema de balance de líneas deproducción
Asignación de n procesos a k estaciones de trabajo,
minimizando el tiempo muerto (ocioso) sujeto arestricciones de precedencia y tecnológicas.
Se requiere asignar los n procesos o tareasnecesarias para la elaboración de un cierto productoen k estaciones de trabajo.
k = número de estaciones de trabajo n = número de procesos y tareas
nk ≤
El ti d i l
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El tiempo de ciclo
El tiempo de ciclo , c , es el tiempo que permanececada pieza o producto en proceso en cada estación.
Tiempo de producción disponible por turno (d)
c = -----------------------------------------------------------------------------------Demanda por turno o Tasa de producción por turno o
Volumen de producción deseado por turno (V)
Es el tiempo que marca la velocidad de procesamientodel producto.
Cada vez que se cumple el tiempo de ciclo, cadaestación debe pasar el producto en proceso a la
siguiente estación.
El tiempo de ciclo
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El tiempo de ciclo
Ejemplo:
Se desean producir 1.000 unidades por turno detrabajo
V = 1000 unidades/turnocon una disponibilidad de 480 minutos por turno
d = 480 minutos/turno
El ciclo de la línea serác = d / V = 480 minutos/turno / 1000 unidades/turno
c = 0,48 minutos/unidades
Tiempo de ciclo
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Tiempo de ciclo
c= Tiempo/unidad de producto.Es un dato dado previamente.No tiene sentido establecer una distribución
de estaciones para producir, por ejemplo:90 unidades cada hora(c=3600/90 = 40 segs/unidad)
si sólo requerimos45 unidades por hora
(c=3600/45 = 80 segs/unidad)
El tiempo muerto
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El tiempo muerto
El tiempo muerto , TM , es la medida dedesempeño utilizada en un problema de
balance de líneas de producción.∑=
−=n
i
it kcTM 1
it
∑=
=n
i
it t T 1
es el tiempo estándar de elaboración del proceso otarea i , determinado por las técnicas de medicióndel trabajo
i = 1,2,...,n
es el tiempo estándar total de trabajo paraterminar una unidad del producto, si
-cada tarea o proceso se realiza secuencialmente-sin tiempos de espera entre las tareas
Ejemplo
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Ejemplo
En el ejemplo anterior: Tiempo de ciclo deseado
Suponga d = 3600 segundos/horaV = 60 unidades/hora
c = 3600 segs/hr / 60 unid/hr = 3600/60 = 60 segs./unidad
No. de estaciones de trabajo k = 6 estaciones kc=60x6=360 sgs.
∑=
=n
i
it t T 1
= 40 +50 + 55 + 55 +44 +30 = 274 segs.
∑=
−=n
i
it kcTM 1
TM = 6x60 -274 = 360 - 274 = 86 segs.
Medidas de eficiencia
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Medidas de eficiencia
Eficacia (Eficiencia) del ciclo = / kc x 100
Es el porcentaje real de utilización de la mano de obra empleada en la línea.También se llama “Tasa de Utilización” (“Utilization Rate”)
EC = 274 / 360 x 100 = 76,11%Idealmente debe ser 100%
Retraso del balance = TM / kc x 100 = 1 - ECEs el porcentaje de la mano de obra ociosa
RB = 86 / 360 x 100 = 23,89%
Idealmente debe ser 0%
∑=
n
i
it 1
Minimización del tiempo muerto
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Minimización del tiempo muerto
Minimizar TM es equivalente a minimizar k
Si TM = 0, entonces,el número de estaciones teórico es
Para tener un retraso mínimoc
t k
n
i
i
t ∑== 1
∑=−=
n
i
it kcTM 1
Métodos de resolución
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Métodos de resolución
Métodos exactosProgramación dinámicaProgramación entera
Teoría de redes
Métodos heurísticos
Presentan problemasen cuanto al tamañodel problema a
resolver
Ayudan a dar unarespuesta adecuadaa problemas demayor dimensión
Proceso normal de un equilibradod l lí d bl j
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Proceso normal de un equilibradode la línea de ensamblaje
Calcular el tiempo de ciclo requerido dividiendo el tiempoproductivo o disponible diario o por turno (d ) entre lasunidades de demanda diaria o por turno (o tasa deproducción) (V ).
Calcular el número mínimo teórico de estaciones detrabajo. Esto es, la duración total de las tareas dividida porel tiempo de ciclo.
Equilibrar la línea, asignando tareas de montajeespecíficas a cada estación de trabajo.
V
d c =
c
t
c
T k
n
ii
t t
∑=== 1
min
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Pasos del equilibrado de la línea de ensamblaje
1. Identificar una lista maestra de tareas u operaciones.2. Estimar la secuencia, considerando las restricciones:
1. De secuencia de realización de las operaciones.2. Tecnológicas, en cuanto a qué operaciones deben realizarse enla misma estación o por el contrario, no pueden realizarse en lamisma estación.
3. Operarios: Nro. de trabajadores requeridos por operación (Oi )3. Dibujar el diagrama de precedencia.4. Calcular los tiempos de las tareas.
5. Calcular el tiempo del ciclo.6. Calcular el número de estaciones de trabajo.7. Asignar las tareas.
8. Calcular la eficacia u eficiencia.9. Estimar el retraso en el balance (inactividad).
Operarios
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Operarios
En cuanto al Número de Operarios,Trabajadores u ObrerosConviene que todas las operaciones de una
misma estación tengan asignado el mismonúmero de obreros.
Si no es así, se presentarán problemas deinactividad.
Supondremos, que el número detrabajadores en cada puesto de cadaestación de trabajo Oi es el mismo para
cada operación.
Casos de Problemas
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Casos de Problemas
Ciclo es mayor que
los tiempos estándar
Ciclo es menor quelos tiempos estándar
Problemas Mixtos
it c >
it c <
División del Trabajo
Concentración del Trabajo
División del Trabajo
Concentración del Trabajo
Ciclo es mayor que los tiempos estándar
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y q p
Con división del TrabajoSupone una operación por cada estación
40 segs
30 segs
36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
.274 segst T i
it ==∑
Ciclo mayor que los tiempos estándary división del trabajo
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30
y división del trabajo
%67,45600
274
6010
274 ==== xkc
T E t
40 segs
30 segs36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
.274 segst T i
it ==∑
Si k = 10 y c = 60 segs/unid.
%33,54%67,45%100 =−= RB
Medidas de Eficiencia
Ciclo mayor que los tiempos estándar
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y q py división del trabajo
40 segs
30 segs36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
E = 45,67% y RB = 54,33%
Medidas de Eficiencia
Resulta en extremoANTIECONOMICO
ConcentraciónMínima del Trabajo
Buscar combinaciones deoperaciones cuyos ti sumen
c o menos
Combinación de operaciones cuyos tisumen c o menos
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sumen c o menos
Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener almenos un producto cada 60 segs.
274==∑i
it t T
40 segs.
50 segs.
55 segs.
55 segs.
44 segs.
30 segs. Si k = 6 y c = 60
%11,76606
274 === xkc
T E t
%89,23= RB
Heurísticas de distribución física que pueden utilizarse para asignar
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tareas en un equilibrado de línea de ensamblaje
Tiempo de tarea más largo. Elegir la tarea que tengael tiempo más largo.
Más tareas siguientes. Elegir la tarea que tenga mástareas siguientes.
Mayor peso en secuencia. Elegir la tarea que,
sumando los tiempos de las tareas siguientes, tengamayor peso. Tiempo de tarea más corto. Elegir la tarea que tenga
el tiempo más corto.
Menor número de tareas siguientes. Elegir la tareaque tenga el menor número de tareas siguientes.
Ejemplo: relaciones de precedencia
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Considere nueve tareas cuya relación de
precedencia se ilustra en la figura y secuantifica en la tabla siguiente:| 3 | | |
| | | |1 | 4 | 5 | 7 | 8| | | |
2 | | 6 | | 9| | | || | | |
I | II | III | IV | V| | | |
Tiempo de procesamiento
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Tarea Tiempo de procesamiento ( )1 52 33 64 85 106 77 18 59 3
it
)(maxit ←
489
1
=∑=i
it
Valores máximos y mínimos para c
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El ciclo c se calcula empíricamente, su valor
oscila entre una cota inferior y una cota superior.
∑=
=≤≤=9
1
)( 4810
i
imaxi t ct
c
t
k i
i∑==
9
1
El número de estaciones de trabajo, debe ser
un número entero.
Se estiman alternativas de valor de c
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c puede tomar cuatro valores diferentes demodo que la relación resulte un número entero
3248 4
9
1
×==∑=i
it
48324
1 =×=c
2432
3
2 =×=c1232
2
3=×=c
162
4
4 ==c
148
48
1
9
1
1 === ∑=c
t k i
i
224
48
2
9
1
2 ===∑=
c
t k i
i
412
48
3
9
1
3 ===∑=
c
t
k i
i
316
48
4
9
1
4=== ∑=
c
t k i
i
estaciones
de trabajo
e se ecc ona e va or e c y con ese va or seconstruye la siguiente tabla
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construye la siguiente tablaSeleccionando c=16
it )( parcialt
i
i∑ )(acumuladot i
i∑Orden de precedencia
Tarea
I 1 52 3 8 8
II 3 6
4 8 14 22
III 5 10
6 7 17 39IV 7 1 1 40
V 8 5
9 3 8 48
Se asignan tareas a las estaciones
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de trabajo
Se asignan trabajos a la estación 1 hasta encontrar en lacolumna que corresponde a la primera fila
mayor o igual a c = 16 (ocurre en la cuarta fila con unvalor de 22 e incluye las relaciones de precedencia I y II).
Se asignan los procesos del grupo I (que requieren 8
unidades de tiempo) a la estación 1, lo que reduce elvalor de .
Se busca en el grupo II si cualquier combinación de
procesos proporciona 8 unidades de tiempo. Esto ocurrecon el proceso 4. Se asigna el proceso 4 a la estación 1. Ahora el valor de c es nulo para la estación 1. No se
deben asignar más procesos a esta estación.
)(acumuladot
i
i∑
8816 =−=c
Asignación de tareas a la estación 1
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40
Seleccionando c=16
it )( parcialt
i
i∑ .)(acumt i
i∑Estación k Orden de precedencia
Tarea
I 1 5
1 2 3 8 8
II 4 8 8 16
II 3 6 6 22sin III 5 10
asignación 6 7 17 39
IV 7 1 1 40
V 8 5
9 3 8 48
Se sigue el mismo procedimiento para el
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41
resto de las estaciones
De manera análoga, para la estación 2 se utiliza un ciclo c = 16 unidades. Al revisar la tabla, concluimos que el
proceso 3 debe asignarse a la estación 2. El ciclo se reduce a . Buscando en el grupo III, se
concluye que el proceso 5 se puede asignar a la estación
2. c = 0. No se asignan más procesos a la estación 2.
Repitiendo el mismo procedimiento, se obtiene que laestación 3 estará integrada por los procesos 6,7,8 y 9.
E = 48/(3x16) = 100%
Estaciones de trabajo para c=16
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Asignación de 3 estaciones de trabajo
| 3 | | || | | |
1 | 4 | 5 | 7 | 8
| | | |2 | | 6 | | 9
| | | |
| | | |I | II | III | IV | V
| | | |
Estación 1 Estación 2 Estación 3
Ciclo mayor que los tiempos estándary concentración del trabajo
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43
%33,91300
274
606
274====
xkc
T E t
40 segs
30 segs36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
.274 segst T i
it ==∑Si c = 60 segs/unid.
%67,8%33,91%100 =−= RB
Medidas de Eficiencia
Con concentración máxima del trabajoTodas las operaciones se asignan a una sola estación
Se requieren varios puestos de
trabajo:
Se tendría una sola estación con5 puestos de trabajo, cada unorealizaría las 10 operaciones.
puestos
c
t
p i
i
i 556,4
60
274====
∑
Ciclo mayor que los tiempos estándary concentración del trabajo
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44
Con concentración máxima del trabajo Todas las operaciones se asignan a una sola estación
En la teoría, la concentración máxima es superior. En la práctica, no es posible, por cuanto:
Resulta antieconómica si cada operación requiriera un númerodiferente de trabajadores para su realización.
Por restricciones tecnológicas, algunas operaciones no sepueden realizar en el mismo lugar de las demás.
Conduce a una duplicidad innecesaria de equipos, cuando lasoperaciones no son todas manuales. La variedad excesiva del trabajo puede reducir la
productividad de la mano de obra.
Ciclo menor que los tiempos estándar
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45
La secuencia de realización de las operaciones nointerfiere en la solución del problema.
Se deben tener en cuenta las restriccionestecnológicas.
it c <
Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo
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46
Requerimientos de producción
1
53
2
8
47
60,82
1,68
1,10 2,69
0,67
0,86
1,87
0,80
6
4
V = 1000 unidades/turnod = 480 minutos/turnoEl ciclo de la línea será
c = d / V = 480 / 1000 unid/turno
c = 0,48 minutos/unidades
Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo
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47
Cálculos1. Puestos de trabajo por
operación
2. Tiempo Asignado poroperación
3. Eficiencia de la línea
c
t
pi
iteorico =
)(teóricoreal ii prior EnteroSupe p =
c pt reali ia =
∑
∑=
iia
i
ii
ot
ot
E
i
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48
Cálculos4. Ciclo individual por tarea
5. Ciclo mínimo
6. Volumen máximo deproducción por turno
reali
ii
pt c =
{ }icoCicloMínimc max' ==
{ }icd
imoVolumenMáxV max'==
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Cálculos Eficiencia del Ciclo Mínimo
7. Tiempos asignados del ciclo mínimo
8. Eficiencia
'' c pt reali ia =
( )
∑
∑=
i
ia
i
ii
ot
ot
E
i)'(
'
Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo
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50
Operación Precedencia ti
Oi
piteórico
pireal
tai
ci
t´ai
1 - 0.82 1 1.71 2 0.96 0.410 0.94
2 1 1.10 1 2.29 3 1.44 0.367 1.40
3 1 1.68 1 3.50 4 1.92 0.420 1.87
4 2 2.69 2 5.60 6 2.88 0.448 2.81
5 3 0.67 1 1.40 2 0.96 0.335 0.94
6 4, 5 0.86 2 1.79 2 0.96 0.430 0.94
7 6 1.87 1 3.90 4 1.92 0.468 1.87
8 6 0.80 1 1.67 2 0.96 0.400 0.94
Total 10.49 10 21.85 25 12.00 - 11.69
Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo
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51
E = 14,04/15,84 = 88,64%RB = 11,36%
E’ = 14,04/15,4275 = 91,01%RB’ = 8,99%
tix O
itai
x Oi
t'ai
x Oi
1 0.82 0.96 0.935
2 1.1 1.44 1.4025
3 1.68 1.92 1.87
4 5.38 5.76 5.61
5 0.67 0.96 0.935
6 1.72 1.92 1.87
7 1.87 1.92 1.87
8 0.8 0.96 0.935
Total 14.04 15.84 15.4275
Ciclo menor que los tiempos estándary división del trabajo
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52
Añadimosrestriccionestecnológicas
Las operaciones 1,
2 y 3 se unen en lamisma estación.Igual con las
operaciones 4 y 6.
Las operaciones 1,
2 y 3 se unen enuna sola operación.Igual con las
operaciones 4 y 6.
CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO
Ciclo menor que los tiempos estándary concentración del trabajo
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53
Operación Estación ti Oi piteórico pireal tai ci t´ai
1, 2, 3 I 3.60 1 7.50 8 3.84 0.450 3.74
5 II 0.67 1 1.40 2 0.96 0.335 0.94
4, 6 III 3.55 2 7.40 8 3.84 0.444 3.74
7 IV 1.87 1 3.90 4 1.92 0.468 1.87
8 V 0.80 1 1.67 2 0.96 0.400 0.94
Total 10.49 6 21.85 24 11.52 - 11.22
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54
tix O
itai
x Oi
t'ai
x Oi
1 3.6 3.84 3.74
5 0.67 0.96 0.935
6 7.1 7.68 7.48
7 1.87 1.92 1.87
8 0.8 0.96 0.935
Total 14.04 15.36 14.96
E = 14,04/15,36 = 91,41%RB = 8,59%
E’ = 14,04/14,96 = 93,85%RB’ = 6,15%
Problemas Mixtos
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Resolver el siguiente problema:
Operación Precedencia ti
Oi
1 - 0.25 12 1 0.12 1
3 1 0.15 1
4 2 0.08 1
5 2 0.07 1
6 5, 7 0.08 1
7 3 0.20 1
8 7 0.19 19 4, 6, 8 0.18 1
10 9 0.80 2
Total 2.12 -
Por restriccionestecnológicas, lassiguientes operacionesdeben realizarse en la
misma estación:1, 2, 53, 6, 74, 8, 9
Suponga un c = 0,45
Problemas Mixtos
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Operación Estación ti Oi
piteóric
o pireal tai ci t´ai
1, 2, 5 I 0.44 1 0.98 1 0.45 0.440 0.45
3, 6, 7 II 0.43 1 0.96 1 0.45 0.430 0.45
4, 8, 9 III 0.45 1 1.00 1 0.45 0.450 0.45
10 IV 0.80 2 1.78 2 0.90 0.400 0.90
Total 2.12 5 4.71 5 2.25 - 2.25
Problemas Mixtos
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57
ti x Oi tai x Oi t'ai x Oi
1 0.44 0.45 0.45
5 0.43 0.45 0.45
6 0.45 0.45 0.45
7 1.6 1.8 1.8
Total 2.92 3.15 3.15
E = E’ = 2,92/3,25 = 92,70%RB = RB’ = 7,30%